電験三種 令和6年度(2024) 上期 電力 問13 過去問解説

問13 《送電(損失と電線の太さ)》
こう長20 kmの三相3線式2回線の送電線路がある。受電端で33 kV,6 600 kW,力率0.9の三相負荷に供給する場合,受電端電力に対する送電損失を5 %以下にするための電線の最小断面積の値[$\mathrm{mm^2}$]として,計算値が最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。 ただし,使用電線は,断面積 $1\,\mathrm{mm^2}$,長さ1 m当たりの抵抗を $\dfrac{1}{35}\,\Omega$ とし,その他の条件は無視する。
  1. (1) 14.3
  2. (2) 23.4
  3. (3) 24.7
  4. (4) 42.8
  5. (5) 171
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正解は(4)
使う公式
線電流 $I = \dfrac{P}{\sqrt{3} V \cos\theta}$($P$:電力[W]、$V$:線間電圧[V]、$\cos\theta$:力率) 三相1回線の損失 $p = 3I^2R$($R$:1線の抵抗[Ω]) 電線の抵抗 $R = \dfrac{1}{35} \times \dfrac{L}{A}$($L$:長さ[m]、$A$:断面積[$\mathrm{mm^2}$])
解説
【考え方】損失を5 %にしたときの抵抗を出し、そこから断面積を求めます。2回線なので、1回線の電流は半分です。 ■1 数字を整理する こう長 $L = 20\,\mathrm{km} = 20000\,\mathrm{m}$ 受電端電圧 $V = 33\,\mathrm{kV} = 33 \times 10^3\,\mathrm{V}$ 電力 $P = 6600\,\mathrm{kW} = 6600 \times 10^3\,\mathrm{W}$ 力率 $\cos\theta = 0.9$ ■2 全体の電流 $I = \dfrac{6600 \times 10^3}{\sqrt{3} \times 33 \times 10^3 \times 0.9}$ $\fallingdotseq 128.3\,\mathrm{A}$ ■3 1回線の電流 2回線に半分ずつ流れます。 $I_1 = \dfrac{128.3}{2} \fallingdotseq 64.15\,\mathrm{A}$ ■4 許される損失 $6600 \times 0.05 = 330\,\mathrm{kW} = 330000\,\mathrm{W}$ ■5 1線の抵抗を求める 損失は「2回線 × 3線」の合計です。 $2 \times 3 \times 64.15^2 \times R = 330000$ $24691 \times R = 330000$ $R \fallingdotseq 13.37\,\Omega$ ■6 断面積を求める $13.37 = \dfrac{1}{35} \times \dfrac{20000}{A}$ 式を A について解きます。 $A = \dfrac{20000}{35 \times 13.37} = \dfrac{20000}{468}$ $\fallingdotseq 42.8\,\mathrm{mm^2}$ 答えは(4)ピヨ。
出典:令和6年度(2024) 上期 第三種電気主任技術者試験(電気技術者試験センター)電力 問13